8月4日，由航天科技集团五院抓总研制的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”在太原卫星发射中心发射成功，标志着世界首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星正式服役。
网友们赋予这颗卫星代表中国古代神话中木神与春神的名字——“句芒”，让它增添了一抹独具华夏色彩的浪漫。
“句芒号”将广泛应用于陆地生态系统碳监测、陆地生态和资源调查监测、国家重大生态工程监测评价、大气环境监测和气候变化中气溶胶作用研究、灾害监测评估、农情遥感监测等，将为美丽中国建设发挥重要的遥感力量。
回首为祖国绿水青山“铸星”的这10年，五院陆地生态系统碳监测卫星研制团队坚定“让我国森林碳汇迈向天基遥感时代”的信念，一步一个脚印，让梦想照进现实。
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初窥：“用天基遥感手段
解决林业问题”
“党的十八大提出建设‘美丽中国’，何为美丽？绿水逶迤，青山相向，草木繁盛……如果我们能研制一颗观测绿水青山的卫星，那也是为美丽中国建设做贡献了。”回忆起10年前的场景，卫星总设计师曹海翊仍记忆犹新。
▲曹海翊（左）与研制人员江利锋（右）交流卫星情况
年，五院项目团队拿到“星载激光雷达总体技术”课题。考虑激光雷达是卫星用来测量与地面物体距离的重要手段之一，当时，项目团队就将奋斗目标锁定为：攻克激光雷达测量森林高度的难题，为中国研制首颗林业遥感卫星！
为了更精准地了解林业遥感需求，曹海翊带着项目团队赴国家林业局、中国林业科学院、东北林业大学等地四处“求学”研究林业知识。
项目团队了解到，碳汇是衡量森林固碳能力的重要指标。在我国，碳汇监测需要森林调查员跋山涉水，深入山林中实地进行树高和树木胸径测量，作业环境常常受到各种各样的限制。
“我们可以用天基遥感手段解决这个问题。”曹海翊介绍。经过近两年的深入研究，项目团队基于前期“星载激光雷达总体技术”课题研究，提出“激光器+相机”的主被动联合观测方案雏形，计划将光学遥感卫星的影像特长与激光雷达测高技术相结合，帮助我国林业部门实现碳汇监测跨越升级。
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深耕：“让卫星在碳汇监测中
发挥最优作用”
年，《国家民用空间基础设施中长期发展规划（-）》中明确提出陆地生态系统碳监测卫星“十三五”正式启动研制。也是这一年，“美丽中国建设”被纳入我国“十三五”规划。
“这颗卫星研制历程是紧扣着时代脉搏跳动的。”卫星总指挥王祥表示。在国防科工局和航天科技集团的领导下，五院卫星研制团队开始卫星总体设计与星载激光雷达方案的先期攻关。
▲王祥（中）与研制人员陈超（右一）、屈海宝（左一）讨论技术细节
相机如何在碳汇监测中发挥作用？激光雷达如何配置指标？
经过反复论证，研制团队认为传统的相机不能获取植被的全方位信息，因此将相机方案定为多角度、多光谱遥感相机，通过获取不同角度的影像进行相关计算，可以更加精确地获取植被面积、密度、种类的测量数据，再结合相关系数换算得出树木胸径。
确定卫星相机角度并非易事。相机间夹角过小，图像达不到区分效果；夹角过大，图像会受到大气影响，难以满足森林观测需求。
为此，研制团队一边查阅国内外大量资料，一边开展成像仿真模型分析，通过近1年的成像仿真实验，以及与林业部门开展数据分析比对，最终确定0°、±19°、±41°五个角度，能够最小化大气对于观测图像质量的影响，同时满足现阶段林业遥感观测需求。
激光雷达指标论证也非一蹴而就。森林树高参差不齐，测点密度越高，“样本”越丰富，则测量数据就越全面越精确。
为了让激光雷达的测点密度最大程度满足碳汇监测需求，研制团队通过计算不同测点密度下的数据反演精度。经过近半年的仿真分析，同时与林业部门沟通应用效果，最终确定了5波束40Hz重频的激光雷达方案。
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铸器：“用匠心打造精品”
年是具有里程碑意义的一年。习近平总书记在十九大报告中指出，“要加快生态文明体制改革，建设美丽中国。”
美丽中国建设驶入快车道，陆地生态系统碳监测卫星的研制也终于迎来从“纸上开花”到“落地生根”的时刻——卫星正式批复立项。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。卫星进入工程化研制阶段，卫星研制团队秉承精益求精的精神，从最大程度支持林业遥感应用需求出发，从总体设计上提出新增超光谱探测仪、多角度偏振成像仪两个载荷，用于探测叶绿素荧光和大气气溶胶。
卫星的功能强大了，用户的使用模式丰富了，但是两个载荷的增加直接导致卫星“超重”近千克。
给卫星“减肥”成为首要难题。研制团队将卫星“拆解”，逐一分析减重可能，从材料和结构方面双管齐下，为卫星量身定制出“减肥方案”。
在整星制造上采用轻量化的新型材料，同时，针对激光雷达主镜这一“大块头”，采用全新的结构设计，对镜片逐一抠重量，并建立仿真模型，在确保应用效果的前提下，最终成功将主镜瘦身87%，让卫星顺利通过“体重关”。
▲卫星副总指挥游江（左一）与研制人员卢清荣（右）讨论技术难点
让卫星从“能飞”到“能用”，研制团队还面临热控、载荷控制、数据传输三大难关。
与常规的光学遥感卫星搭配1~2个载荷完成任务不同，而陆地生态系统碳监测卫星需要通过4个载荷完成综合性观测任务，多载荷同时工作产生的散热需求用传统的散热方式无法满足。
为此，研制团队打破常规，采用了可调节散热速率的环路热管散热设计，将散热能力提高了近10倍。
载荷控制最为复杂。陆地生态系统碳监测卫星需要根据观测任务不同，实现多个载荷的工作状态灵活控制、随时切换。
研制团队巧妙地提出了一种载荷控制软件的方案，从硬件上让“不同的载荷数据走不同的路”，软件上通过不同组合的指令组实现多种载荷开关状态切换。方案听起来简单，复杂性不可小觑，团队历经一年的时间进行仿真优化迭代，确保万无一失。
数据传输非常关键。由于相机和激光雷达的“高配置”，卫星需要处理的数据量提升了近30倍。
为确保海量数据能够及时、准确地传给地面用户，卫星研制团队将星上“数据快递站”进行升级换代，对数据接收、星上处理、数据下传能力进行全方位升级，增加硬件配置，优化软件算法，进行数据收发模拟测试软件应用效能。历经近2年攻关，最终让数据传输速度最高达到3Gbps。
▲研制人员黄缙（右）与胡琳（左）判读卫星测试数据
道阻且长，行则将至，行而不辍，则未来可期。五院陆地生态系统碳监测卫星研制团队历经10年攻关，迈出了天基林业遥感时代第一步。
随着美丽中国建设的不断推进，他们还将继续探索，深耕空间遥感技术，在实现航天强国建设的征程中，以更优的卫星遥感技术见证祖国的天更蓝、山更绿、水更清。
来源：五院遥感卫星总体部
文字：王琬涵刘锦洋
编辑：苏际聪
责编：毛凌野
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